先进燃料电池汽车能量流特性测试结果分享
能量管理是混合动力系统的核心。对于燃料电池汽车,其能量管理策略应能合理的分配燃料电池和动力电池的功率输出,优化二者的效率,并控制动力电池的SOC处于合理的范围内。本文分析了某韩系燃料电池乘用车恒功率模式和CLTC-P循环工况下的能量流特性。
整车动力系统参数
整车动力系统包括燃料电池系统、高压接线盒、BHDC/LDC、驱动电机及减速器和高压动力电池。在后排座椅和行李舱下方布置三个规格相同的气瓶,容积为156.6L(52.23)。
整车动力系统布局
燃料电池堆最大功率95 kW,其与高压总线(250-450 VDC)相连,后经BHDC/LDC降压至240 V并与动力电池连接。动力电池为锂离子聚合物电池,额定电压240 V,容量1.56 kWh,重量51.2 kg。驱动电机为永磁同步电机,最大功率113 kW,最大扭矩395 Nm,主减速比7.981。
整车高压架构
— 01 —
恒功率模式
当电堆功率为10kW,车辆运行相对稳定时,动力电池基本没有能量输出,保持在0或以下。在最大测试功率80kW时,动力电池也不产生能量,并且电堆和动力电池保持在相对稳定的阶段。
恒功率模式下,车速、电堆功率和动力电池功率
当电堆功率由30kW增大到40kW后动力电池输出功率由2.6kW缓慢下降至0.5kW,表明车辆的动力电池具有更高的参与度。
电堆输出功率由30kW增大至40kW时动力电池输出功率
— 02 —
CLTC-P循环工况
从6个循环工况能量流测试结果可以看出动力电池电量在0附近波动,FC输出电量与总输出电量相差较小,说明该车辆主要以FC来驱动车辆行驶,动力电池仅起到“削峰填谷”的作用。
— 03 —
基于SOC的燃料电池电堆运行特性
连续6次CLTC-P循环工况下动力电池SOC和车速测试结果如下图所示。较小车速时,电池SOC跟随车速变化,且6个循环的SOC变化趋势相同。在后续高速和大的加速度工况,SOC下降明显,并出现两个极值。总体而言,SOC在53.5%和60%之间,平均值为56.7%。
连续6次CLTC-P循环工况运行特性
— 04 —
SOC变化统计
对于每一个测试循环,车辆的SOC保持在一定范围内,且随车速和时间变化并不明显。SOC上下限值没有规律,SOC值相对稳定说明动力电池并非连续放电或连续充电。对于能量管理策略而言,燃料电池电堆功率跟随驱动电机功率变化,这也意味着车辆的能量管理策略都具备跟踪需求功率的能力。
从下图可以看出,动力电池SOC平均值保持在80%左右,整体变动范围小于20%。
6个CLTC-P循环的SOC变化
— 05 —
结论
为研究燃料电池汽车能量流和运行特点,基于两台标杆燃料电池汽车开展CLTC-P测试,并对比分析了电堆功率、动力电池功率、动力电池SOC和车速变化,结论如下:
1)被测车辆能量管理策略为功率跟随型,动力电池仅起到“削峰填谷”的作用。
2)较小车速时,电池SOC跟随车速变化。动力电池SOC整体保持在较高水平,且变动范围小于20%,平均值为80%左右。
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